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RE-Si-Al-O玻璃相对高熵稀土双硅酸盐微结构及耐CMAS腐蚀性能的影响
1
作者 李刘媛 黄开明 +2 位作者 赵秀艺 刘会超 王超 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期793-802,共10页
环境障涂层是高功重比航空发动机的关键技术,其目的是阻挡燃气及环境腐蚀介质的侵蚀,为陶瓷基复合材料热端部件提供有效保护。目前,高熵稀土双硅酸盐((xRE_(1/x))_(2)Si_(2)O_(7))是最具潜力的新一代环境障涂层材料。为了进一步提升高... 环境障涂层是高功重比航空发动机的关键技术,其目的是阻挡燃气及环境腐蚀介质的侵蚀,为陶瓷基复合材料热端部件提供有效保护。目前,高熵稀土双硅酸盐((xRE_(1/x))_(2)Si_(2)O_(7))是最具潜力的新一代环境障涂层材料。为了进一步提升高熵稀土双硅酸盐的耐高温(1500℃)CMAS(CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2))腐蚀能力,本工作设计制备了一种新型高熵(Y_(0.25)Yb_(0.25)Er_(0.25)Tm_(0.25))_(2)Si_(2)O_(7)/RE-Si-Al-O(RE=Yb、Y、La)复相陶瓷。结果表明,在复相陶瓷中,RE-Si-Al-O玻璃相不仅能够包裹陶瓷晶粒,而且能够促进稀土双硅酸盐晶粒长大,减少晶界数量,使CMAS熔体的渗入通道数量减少。同时,随着RE-Si-Al-O玻璃相中稀土离子半径增大,玻璃相更易与CMAS熔盐中的Ca^(2+)离子反应,生成磷灰石相,降低CMAS熔体的活性,抑制高温CMAS熔盐对高熵稀土双硅酸盐晶粒的侵蚀,从而提高高熵稀土双硅酸盐的耐高温CMAS腐蚀能力。在1500℃腐蚀48 h后,(Y_(0.25)Yb_(0.25)Er_(0.25)Tm_(0.25))_(2)Si_(2)O_(7)/La-Si-Al-O复相陶瓷表面仍残留CMAS熔盐层,表明该复相陶瓷具有良好的耐高温CMAS腐蚀能力。该复相陶瓷的微结构设计为增强环境障涂层材料在高温CMAS环境下的长期应用提供了一种新的思路。 展开更多
关键词 高熵稀土双硅酸盐陶瓷 CMAS腐蚀 RE-Si-Al-O玻璃相
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高熵化设计:稀土硅酸盐材料关键性能优化新策略 被引量：8
2
作者 孙鲁超 任孝旻 +3 位作者 杜铁锋 罗颐秀 张洁 王京阳 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期339-346,共8页
环境障涂层是先进航空发动机高温结构部件用碳化硅纤维增强碳化硅(SiCf/SiC)陶瓷基复合材料的关键防护。稀土硅酸盐具有低热膨胀系数、优良的抗水氧/CMAS腐蚀性能以及与硅基陶瓷良好的化学相容性,是目前国际公认的优选环境障涂层体系。... 环境障涂层是先进航空发动机高温结构部件用碳化硅纤维增强碳化硅(SiCf/SiC)陶瓷基复合材料的关键防护。稀土硅酸盐具有低热膨胀系数、优良的抗水氧/CMAS腐蚀性能以及与硅基陶瓷良好的化学相容性,是目前国际公认的优选环境障涂层体系。常规含单一稀土元素的稀土硅酸盐环境障涂层材料,存在热应力失配、高温相转变和耐腐蚀性能差等问题,尚无法完全满足极端燃气环境中的长寿命服役要求。本综述介绍了为解决稀土硅酸盐环境障涂层的关键性能局限,利用高熵化合物设计方法,针对稀土硅酸盐热学性能(热膨胀系数和热导率)调控、耐CMAS腐蚀性能提升和相结构稳定性优化方面获得的新进展。这些研究进展为稀土硅酸盐材料的创新设计提供了新思路,为其作为下一代环境障涂层的性能突破提供了支撑。 展开更多
关键词 高熵化设计 高熵陶瓷 稀土硅酸盐 环境障涂层 综述
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稀土钽酸盐(RETaO_(4))高熵陶瓷的制备与热学性能研究 被引量：15
3
作者 朱嘉桐 楼志豪 +4 位作者 张萍 赵佳 孟轩宇 许杰 高峰 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期411-417,共7页
采用固相法制备了三种具有单斜结构的单相固溶体稀土钽酸盐高熵陶瓷(Nd_(1/6)Sm_(1/6)Eu_(1/6)Gd_(1/6)Dy1/6Ho_(1/6))TaO_(4)(6RETaO_(4))、(Nd_(1/5)Sm_(1/5)Eu_(1/5)Gd_(1/5)Dy_(1/5))TaO_(4)(5RETaO_(4))和(Nd1/4Sm1/4Eu1/4Gd1/4)Ta... 采用固相法制备了三种具有单斜结构的单相固溶体稀土钽酸盐高熵陶瓷(Nd_(1/6)Sm_(1/6)Eu_(1/6)Gd_(1/6)Dy1/6Ho_(1/6))TaO_(4)(6RETaO_(4))、(Nd_(1/5)Sm_(1/5)Eu_(1/5)Gd_(1/5)Dy_(1/5))TaO_(4)(5RETaO_(4))和(Nd1/4Sm1/4Eu1/4Gd1/4)TaO_(4)(4RETaO_(4)),扫描透射电子显微镜-X射线能谱(STEM-EDS)的分析表明掺杂的稀土元素分布均匀。通过扫描电子显微镜(SEM)观察到由四方-单斜的二级铁弹相变形成的铁弹畴。热膨胀测试表明RETaO_(4)高熵陶瓷在1200℃以下具有良好的热稳定性,其中6RETaO_(4)的热膨胀系数可以达到9.25×10^(-6)K^(-1)(1200℃)。由于高熵效应带来的声子散射增加,RETaO_(4)高熵陶瓷具有较低的晶格热导率(2.98~1.23 W·m^(-1)·K^(-1),100~1000℃),并且表现出良好的力学性能(6RETaO_(4),(9.97±2.2)GPa),是潜在的下一代热障涂层材料。 展开更多
关键词 热障涂层 稀土钽酸盐 高熵陶瓷 热学性能
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高熵稀土盐类热障/环境障陶瓷涂层体系研究进展 被引量：1
4
作者 昝文宇 马北越 刘涛 《稀有金属与硬质合金》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期65-72,共8页
高熵陶瓷是近年来新型陶瓷研究领域的一大热点,在航空工业领域有着巨大的发展和应用前景。基于高熵策略设计的高熵氧化物陶瓷涂层可以较好地解决当前热障/环境障涂层在高温下服役寿命、抗氧化性、抗CMAS(钙镁铝硅氧化物)腐蚀等关键性能... 高熵陶瓷是近年来新型陶瓷研究领域的一大热点,在航空工业领域有着巨大的发展和应用前景。基于高熵策略设计的高熵氧化物陶瓷涂层可以较好地解决当前热障/环境障涂层在高温下服役寿命、抗氧化性、抗CMAS(钙镁铝硅氧化物)腐蚀等关键性能不足的问题。综述了近几年不同体系的五元高熵稀土盐类材料在热障/环境障涂层领域作为候补材料的研究进展,总结了该类材料在结构、性能及主要应用领域方面的特点。最后展望了高熵稀土盐类陶瓷涂层的发展方向,为新材料体系的进一步研发和关键性能优化提供思路。 展开更多
关键词 高熵陶瓷 稀土盐类 热障涂层 环境障涂层 研究进展
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双相高熵陶瓷(La_(0.2)Eu_(0.2)Gd_(0.2)Y_(0.2)Yb_(0.2))_(2)Zr_(2)O_(7)的制备与热物理性能 被引量：2
5
作者 杨宏波 林广强 +4 位作者 李弘毅 王文俊 刘会军 王源升 曾潮流 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2022年第12期72-78,84,共8页
以La_(2)O_(3)、Eu_(2)O_(3)、Gd_(2)O_(3)、Y_(2)O_(3)、Yb_(2)O_(3)和ZrO_(2)粉末为原料,采用高温固相反应法制备(La_(0.2)Eu_(0.2)Gd_(0.2)Y_(0.2)Yb_(0.2))_(2)Zr_(2)O_(7)高熵陶瓷,确定了制备工艺,研究了其显微组织、物相组成以及... 以La_(2)O_(3)、Eu_(2)O_(3)、Gd_(2)O_(3)、Y_(2)O_(3)、Yb_(2)O_(3)和ZrO_(2)粉末为原料,采用高温固相反应法制备(La_(0.2)Eu_(0.2)Gd_(0.2)Y_(0.2)Yb_(0.2))_(2)Zr_(2)O_(7)高熵陶瓷,确定了制备工艺,研究了其显微组织、物相组成以及热物理性能,分析其高温热稳定性。结果表明:在1 500℃烧结5h炉冷条件下,能得到固溶反应完全的双相高熵陶瓷,其呈现烧绿石/萤石双相共存特征,晶粒尺寸在200~800nm,且元素分布均匀;其800℃下的热导率约为8YSZ陶瓷的50%,热膨胀系数与8YSZ陶瓷相当,并具有良好的高温热稳定性。 展开更多
关键词 稀土锆酸盐陶瓷 高熵设计 双相结构 热导率 热膨胀系数
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(Y_(0.2)Gd_(0.2)Dy_(0.2)La_(0.2)Sm_(0.2))TaO_(4)高熵陶瓷材料的结构、性能及抗侵蚀行为研究
6
作者 王瑞达 赵世贤 +4 位作者 陈留刚 司瑶晨 李凌锋 李红霞 刘广华 《耐火材料》 CAS 北大核心 2023年第5期417-422,共6页
为满足新一代航空发动机对新型热障涂层材料的迫切需求,以高纯氧化物(Y_(2)O_(3)、Gd_(2)O_(3)、Dy_(2)O_(3)、Sm_(2)O_(3)、La_(2)O_(3)、Ta_(2)O_(5))为原料,按化学计量比配料,经1200~1750℃保温5 h固相反应,制备了高熵稀土钽酸盐(Y_(... 为满足新一代航空发动机对新型热障涂层材料的迫切需求,以高纯氧化物(Y_(2)O_(3)、Gd_(2)O_(3)、Dy_(2)O_(3)、Sm_(2)O_(3)、La_(2)O_(3)、Ta_(2)O_(5))为原料,按化学计量比配料,经1200~1750℃保温5 h固相反应,制备了高熵稀土钽酸盐(Y_(0.2)Gd_(0.2)Dy_(0.2)La_(0.2)Sm_(0.2))TaO_(4)材料,简称为(5RE_(0.2))TaO_(4)材料。研究了材料的物相组成、显微结构、热学性能、力学性能和抗CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(CMAS)侵蚀行为。结果表明:1)(5RE_(0.2))TaO_(4)陶瓷材料为单斜结构,存在明显铁弹畴;2)该材料经1750℃烧后具有极低的热导率(1.65 W·m^(-1)·K^(-1),600℃)和较高的热膨胀系数(10.2×10^(-6)K^(-1),1200℃);3)由于独特的铁弹增韧效应,经1750℃烧后(5RE_(0.2))TaO4材料的断裂韧性达到2.4 MPa·m^(1/2);4)(5RE_(0.2))TaO_(4)与CMAS熔体作用后形成反应层,表现出了优异的抗侵蚀性能。 展开更多
关键词 热障涂层 稀土钽酸盐 高熵陶瓷 抗CMAS侵蚀
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面向先进热障涂层的陶瓷材料研究进展 被引量：10
7
作者 耿洪滨 宋艺 +3 位作者 张晓东 梁逸帆 王昊 王铀 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第20期20-35,共16页
热障涂层利用陶瓷层的隔热性和抗腐蚀性可以有效保护航空发动机或陆用燃气轮机中热端部件的合金基体。然而,不断追求更高的服役温度会导致表面涂层的降解、分层和过早失效。为了满足未来先进热障涂层系统的服役需求,必须开发新的陶瓷材... 热障涂层利用陶瓷层的隔热性和抗腐蚀性可以有效保护航空发动机或陆用燃气轮机中热端部件的合金基体。然而,不断追求更高的服役温度会导致表面涂层的降解、分层和过早失效。为了满足未来先进热障涂层系统的服役需求,必须开发新的陶瓷材料。本文综述了近年来先进热障涂层陶瓷材料的研究进展,包括氧化钇部分稳定氧化锆(Yttria partially stabilized zirconia,YSZ)、A_(2)B_(2)O_(7)型化合物、稀土钽酸盐、稀土磷酸盐、高熵稀土陶瓷材料、磁铅石型六铝酸盐氧化物和自愈合材料,分别归纳了它们的性质和性能,总结各种材料现阶段发展的优势和不足,最后展望了热障涂层材料的发展方向,为开发新的热障涂层提供指导。 展开更多
关键词 热障涂层(TBC) 陶瓷材料 氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ) 稀土钽酸盐 高熵稀土陶瓷材料
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热环境障涂层用(Nd_(0.2)Sm_(0.2)Gd_(0.2)Yb_(0.2)Y_(0.2))_(3)NbO_(7)氧化物热物理与力学性能
8
作者 刘畅 高雅 +3 位作者 张红松 倪利伟 张昊明 陈晓鸽 《表面技术》 2025年第18期184-190,共7页
目的为充分发挥稀土氧化物材料的优异性能,研究适用于热环境障涂层表面层的材料,制备了(Nd_(0.2)Sm_(0.2)Gd_(0.2)Yb_(0.2)Y_(0.2))_(3)NbO_(7)氧化物高熵陶瓷。方法采用溶胶凝胶法和高温烧结技术制备了(Nd_(0.2)Sm_(0.2)Gd_(0.2)Yb_(0.... 目的为充分发挥稀土氧化物材料的优异性能,研究适用于热环境障涂层表面层的材料,制备了(Nd_(0.2)Sm_(0.2)Gd_(0.2)Yb_(0.2)Y_(0.2))_(3)NbO_(7)氧化物高熵陶瓷。方法采用溶胶凝胶法和高温烧结技术制备了(Nd_(0.2)Sm_(0.2)Gd_(0.2)Yb_(0.2)Y_(0.2))_(3)NbO_(7)高熵陶瓷,研究了其晶体结构、显微组织、元素构成、热物理与常温力学性能。结果该高熵陶瓷的XRD和Raman图谱表明其具有单一晶体结构;高熵化设计降低了陶瓷材料的室温及高温热导率,其在室温及1000℃时的热导率分别是1.07W/(m·K)和1.03W/(m·K),涂层具有良好的隔热性能;高熵陶瓷在室温至1200℃范围内具有良好的相稳定性能,其热膨胀系数为10.14×10^(-6) K^(-1),满足热障涂层对热膨胀性能的要求;该高熵陶瓷的常温杨氏弹性模量为208GPa,显微硬度约为9.27GPa,断裂韧性为1.67 MPa·m^(1/2)。结论采用溶胶凝胶法和高温固相烧结法,成功制备了(Nd_(0.2)Sm_(0.2)Gd_(0.2)Yb_(0.2)Y_(0.2))_(3)NbO_(7)纳米粉体和致密块体,该高熵陶瓷纳米粉体及致密块体均具有单一的焦绿石晶体结构,相对致密度大于90%,元素分布均匀;由于多种稀土离子共掺杂引起的晶格畸变及质量波动,以及大量氧空位的引入,加剧了声子的散射程度,该高熵陶瓷具有较低的室温及高温热导率;稀土元素掺杂降低了金属离子与氧离子之间的电负性差值,使其具有相对较高的热膨胀系数,其杨氏弹性模量与YSZ相当,但显微硬度和断裂韧性偏低。 展开更多
关键词 热环境障涂层 高熵陶瓷 稀土铌酸盐 热物理性能 力学性能
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